虚拟电子围栏在危货港口安防中的应用

■ 赵芷嫣 孙维维

（1.交通运输部水运科学研究院，北京 100088；2.水科远大（北京）交通设计院有限公司，北京 100088）

随着我国危险货物吞吐量的逐年增加，为保证危货港口安全，需要对危货港口及重点区域的周界进行有效警戒防御。目前，此类防御主要依靠物理隔离、人力巡逻以及视频监控等简单技术手段，难以满足现阶段危货港口安防要求。本文基于虚拟电子围栏技术，依托现有视频监控、网络结构，运用图像视觉算法，构建智能化危货港口入侵报警安防系统。

虚拟电子围栏；危险货物；港口；智能安防

0 引言

自2001年美国“9·11”恐怖事件后，由美国积极推动和倡导，要求航运界采取措施防范海上恐怖主义，使得各个国家对于“国家安全”“港口安防”“监控”等问题更加重视，也使得智能安防系统的需求日益增长。

伴随中国石化产业和液体化工产业对危险货物进出口需求的发展，港口的危险货物吞吐量不断增长。据海关数据统计，每年中国危化品等有毒有害物质的进出口种类近3 000种，金额在400亿美元以上。危险货物港口安防工作要求也逐渐提高，在智能化、信息化时代下，技防代替人防成为了必然趋势。

2020年3月，国家发改委、工信部印发了《关于组织实施2020年新型基础设施建设工程（宽带网络和5G领域）的通知》，《通知》宣布：随着5G技术的应用，在危险货物港口安防系统信息化、智能化建设上，要制定全新的改造方案。

虚拟电子围栏是由一道以软件虚拟方式生成的无形的栅栏，辅之以相应的定位硬件组成，它的边界可以是人为定义的，自技术发明以来得到了广泛关注与研究。与物理围栏相比，虚拟电子围栏具有识别率高、智能化程度高、可靠性强、成本低等突出优势。通过虚拟电子围栏的应用，可以搭建出一套适用于危险货物港口的入侵报警系统，与传统物理围栏相辅相成，共同提高危险货物港口的安防保障水平。

1 危货港口安防基本现状

近年来，危险货物港口的安防系统建设除了常规的视频监控系统和防盗报警系统之外，因业务的需求，还提出了以下功能要求：对进出港口的人员、车辆实现智能抓拍和识别，禁区有无非法入侵，船舶是否非法驶入及其入侵报警。青岛港自2017年以来进行港口安防智能化改造，运用视频分析技术设定算法，判断航船、特殊物品码头、停泊船只的状态是否安全，如移动侦测、非法行驶、人脸识别、物体识别、烟雾监测、火焰监测等，对于提升管理水平、预防走私偷渡等犯罪、实现“智慧”港口安防具有重要意义。阿布扎比某大型危险货物集装箱港区利用实时IP网络监控技术实现对获取的实时视频进行监控、管理和记录，并且还可与相关系统，如防入侵报警系统、火灾报警系统等进行联网互动。安哥拉国家安全局港口安防建设项目采用安防集成平台，打造了从空中到水下全方位立体防护体系。

虽然以上几个国内外的港口已经应用多种类型的智能安防集成系统平台，但危货港口智能安防系统设计使用还有很多需要解决的实际问题。

1.1 视频监控数据处理量大、效率低

当前的视频监控系统大多是对视频监控的全部区域进行监测，不能够实现重点区域的重点监控，数据处理量大、效率低，因此，智能安防系统设计时可画设重点限制区域，对限制区域处人员、车辆、船舶等目标进行入侵检测以及行进轨迹管控。在事故发生时，可使得管理人员掌握限制区域情况，并针对性地采取应急处置，有效提升事故应急救援能力。

1.2 老旧码头设备智能化程度参差不齐，改造成本高

物联网、智能识别、智能定位、人工智能等技术的成熟和码头作业流程的程序化，推动自动化码头迅速发展，极大地提高了码头的作业效率和监管力度，减少了人工成本，但老旧码头受技术和自然条件限制，重新购置安防集成产品会花费大量资金，同时造成现有监控设备资源的浪费，因此，智能安防系统设计时可基于现有监控图像进行改造，作为大部分未使用智能安防系统港口的智能化过渡选择，同时有效提高港口安防效果。

1.3 智能系统专业化程度高，保安人员操作困难

一套完整的智能安防集成平台产品专业化程度高，操作起来较为复杂，但港口设施安防主要由保安人员负责，因此，智能安防系统操作应便捷化、简单化，便于保安人员操作使用。

2 虚拟电子围栏安防系统的构成

2.1 虚拟电子围栏技术方案

虚拟电子围栏的使用可以结合视频图像、GPS定位、无线数据网络和图像视觉算法实现，形成一道重点区域“防护墙”，能实时、形象、真实地反映被监控区域的情况。当有目标入侵或欲入侵时，即会发出声光警示进行驱赶或震慑，同时将报警信号发送至监控终端，显示报警位置，还可联动手持终端设备进行现场巡查，便于保安人员启动应急预案。

由图1所示，对监控视频区域图像数据进行采集，先绘制出限制区域多边形作为警戒范围；然后运用图像视觉分析算法进行目标检测、目标追踪以及行为分析，以判断限制区域是否有目标入侵；当发现目标入侵时，将会输出报警信息，让保安人员及时处理特殊情况。

图1 虚拟电子围栏入侵报警工作流程

2.2 虚拟电子围栏数据库设计

虚拟电子围栏数据库可以分为两大类：第一类是与空间位置有关的数据，其主要用于描述与港口安防有关的地理位置和几何形状；第二类是与空间位置无关的数据（见表1）。

2.3 虚拟电子围栏安防系统架构

根据危货港口安防的实际需求和系统的建设目标，虚拟电子围栏安防系统的整体系统构架设计如下：

1）基础感知层。此部分是为应用系统的运行提供软、硬件支撑以及前端信息资源接入，包括港区监控摄像头、GPS/北斗、主机、网络和与存储系统配套的操作系统等支撑软件，以及网络防火墙、安全认证等安全设备。

2）数据处理层。此部分确保信息资源的采集、处理、传输、分析的顺利进行，以实现决策支持的目标。

3）信息发布层。此部分利用可视设备进行展示、发布，及时发现问题并自动报警，包括本地声光报警器、监控终端大屏幕、计算机、移动端。

图2 系统构架

3 虚拟电子围栏在危货港口安防中的应用及优势

危货港口虚拟电子围栏安防系统构筑了多区域、立体化、数字化的智能安防体系，针对人员、车辆、船舶等多类目标进行探测防御，可以实现对危险货物港口重点限制区域的有效监管。虚拟电子围栏技术在危货港口安防方面的优势，主要体现在以下几个方面：

3.1 报警事件响应的快速性

一旦系统识别到可疑的入侵行为，在安全威胁发生之前就能够快速响应，及时提醒保安人员关注监控画面，全天候不间断工作，能有效防止由于人为因素而造成的缺失或延误。

3.2 监控视频的有效性

改变以往保安人员对所有监控视频进行监视和分析的模式，通过图像视觉分析算法对各个限制区域的监控画面进行不间断分析，保安人员只需要关注相关的提示信息即可，减少无用数据量，高效可靠。

3.3 系统参数的动态可配置性

根据危险货物港口内实际情况的变化，设置单个或多个任意多边形限制区域，动态地进行港口的安全监管。

3.4 老旧码头改造的便捷性

虚拟电子围栏安防系统使用现有的前端监控视频画面，将软件安装至计算机，只需在重点限制区域处增设声光报警器，即可实现入侵报警功能，对于老旧的危险货物港口改造十分便捷。

4 结语

随着5G时代的到来以及智能科技的快速发展，危险货物港口的安防管理需要逐步提升现代安防技术的应用水平。通过应用虚拟电子围栏安防系统，港口企业可以根据经验以及管理部门和专家的指导画设限制区域，一旦有目标入侵这些区域，系统会进行声光报警并向保安人员和负责人发送警报信息，有效地进行重点限制区域的周界控制，推进港口安防系统从“人防”向“技防”的转变，提升危险货物港口的安防水平。